Einblicke in die Richtcharakteristik von kleinen Erdbeben und Mikroseismizität: Auswirkungen auf induzierte Seismizität durch Fluidinjektionsprozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Torsten Dahm, seit 10/2021
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 407141557

Das Verständnis der Nukleation und des Risswachstums von natürlichen und induzierten Erdbeben ist wichtig für die Bewertung und Minderung der zeitabhängigen seismischen Gefährdung für Menschen und Infrastruktur. Das Verständnis der Kontrollmechanismen der Bruchrichtung ist der wichtigste Schlüssel dafür, die Bruchentwicklung großer Erdbeben zu prognostizieren, ihre endgültige Bruchgröße zu verstehen und damit die Konsequenzen von Starkbeben abzuschätzen. Das Hauptziel dieses Projekts ist es, die physikalischen Prozesse zu bewerten, welche die Keimbildung und das Wachstum von seismischen Quellen kontrollieren. Wir konzentrieren uns dabei auf die Erdbeben, die durch Fluidinjektionsvorgänge ausgelöst werden, um die Ausbreitungsrichtung der Bruchfront im Vergleich zum Porendruckgradienten zu beurteilen. Das Projekt zielt insbesondere darauf ab zu verstehen, warum und wann sich uni- und bilaterale Bruchmoden entwickeln und ob es Vorzugsrichtungen der Bruchausbreitung gibt in Bezug auf induzierte effektive Spannungen. Technisch gesehen zielt das Projekt darauf ab, effiziente Werkzeuge für eine Bruchinversion auf verschiedenen räumlichen und Magnitudenskalen zu entwickeln inklusive der umfassenden Bestimmung von Fehlern, um detaillierte und robuste Informationen über die seismischen Quelleneigenschaften induzierter Seismizität zu liefern. Wir werden Seismizität im Zusammenhang mit hydraulischen Brüchen und der Reaktivierung geologischer Schwächezonen auf verschiedenen Magnitudenskalen untersuchen und dabei induzierte und natürliche Beben unterscheiden, mit Anwendungen auf: i) die größten induzierten Erdbeben im Zusammenhang mit der Verpressung von Abwasser in Oklahoma; ii) Akustische Emission (AE) mit einer Magnitude kleiner Null, aufgenommen in einem dedizierten Nahfeldnetzwerk für hydraulische Brüche im Äspö Hard Rock Laboratory (Schweden). Zusammenfassend zielt dieses Projekt darauf ab, den gegenwärtigen Stand der Technik zu erweitern, indem: 1) Punkt- und endliche Quellenparameter (Bruchdauer, Direktivität und Bruchgröße) auf verschiedenen Skalen von moderaten / großen induzierten Erdbeben bis zu hydraulischen Brüchen robust gelöst werden . 2) Verstehen, ob menschliche Aktivität und die Änderung der Gradienten der effektiven Spannung die Richtwirkung und das Wachstum des Bruchs und damit die Größe des Erdbebens kontrollieren. 3) Induzierte und natürliche Seismizität gemeinsam betrachtet werden. Ergebnisse für induzierte Seismizität, welche in einer Umgebungen auftritt, für die auslösende Faktoren und Spannungsfelder besser bekannt sind, werden genutzt, um über die Bruchentwicklung und Ausbreitung bei tektonischen Erdbeben zu lernen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Jose Angel Lopez Comino, Ph.D., bis 10/2021